半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

得到耐压高、生产率优异、能够抑制恢复或截止时的浪涌电压的半导体装置及其制造方法。被注入质子、比漂移层(2)浓度高的第1缓冲层(7)设置于漂移层(2)与第2扩散层(5)之间。比漂移层(2)浓度高的第2缓冲层(8)设置于第1缓冲层(7)与第2扩散层(5)之间。第2缓冲层(8)的峰值浓度比第1缓冲层(7)的峰值浓度高。第1缓冲层(7)的杂质浓度朝向背面而逐渐减小。将从第1缓冲层(7)的峰值位置至漂移层(2)与第1缓冲层(7)的边界为止的长度设为Xa，将从峰值位置至第1缓冲层(7)与第2缓冲层(8)的边界为止的长度设为Xb，Xb＞5Xa。Xb＞5Xa。Xb＞5Xa。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体装置及其制造方法。

技术介绍

[0002]如果对纵型的半导体装置施加反向偏置，则耗尽层从在基板表面侧形成的P型区域与N型漂移层之间的界面朝向背面侧延伸。存在下述技术，即，通过深的缓冲层使该耗尽层止于规定的深度，由此抑制截止时的浪涌电压(例如，参照专利文献1)。
[0003]专利文献1：日本特开2009
‑
176892号公报
[0004]当在深的缓冲层的背面侧施主化不充分的情况下，产生缺陷区域。在现有技术中，为了不形成缺陷区域而进行了多级注入或高浓度注入，因此生产率低。另外，由于耗尽层被阻止在深的缓冲层内，因此存在耐压下降的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于得到耐压高、生产率优异、能够抑制恢复或截止时的浪涌电压的半导体装置及其制造方法。
[0006]本专利技术涉及的半导体装置的特征在于，具有：半导体基板，其具有表面、位于所述表面的相反侧的背面以及所述表面与所述背面之间的第1导电型的漂移层；第2导电型的第1扩散层，其设置于所述漂移层与所述表面之间；第2扩散层，其设置于所述漂移层与所述背面之间；第1导电型的第1缓冲层，其设置于所述漂移层与所述第2扩散层之间，被注入质子，比所述漂移层浓度高；以及第1导电型的第2缓冲层，其位于所述第1缓冲层与所述第2扩散层之间，比所述漂移层浓度高，所述第2缓冲层的峰值浓度比所述第1缓冲层的峰值浓度高，所述第1缓冲层的杂质浓度朝向所述背面而逐渐减小，将从所述第1缓冲层的峰值位置至所述漂移层与所述第1缓冲层的边界为止的长度设为Xa，将从所述峰值位置至所述第1缓冲层与所述第2缓冲层的边界为止的长度设为Xb，Xb＞5Xa。
[0007]专利技术的效果
[0008]在本专利技术中，将高浓度的第2缓冲层设置于第1缓冲层与第2扩散层之间。将从第1缓冲层的峰值位置至漂移层与第1缓冲层的边界为止的长度设为Xa，将从峰值位置至第1缓冲层与第2缓冲层的边界为止的长度设为Xb，Xb＞5Xa。由此，能够得到耐压高、生产率优异、能够抑制恢复或截止时的浪涌电压的半导体装置。
附图说明
[0009]图1是表示实施方式涉及的半导体装置的剖视图。
[0010]图2是表示实施方式涉及的半导体装置的背面侧的杂质浓度分布的图。
[0011]图3是表示恢复时的浪涌电压Vka的Xb/Xa依赖性的图。
[0012]图4是从半导体基板的表面朝向背面而对施主浓度进行积分的曲线图。
[0013]图5是表示二极管的泄漏电流的第2缓冲层的浓度依赖性的图。
[0014]图6是表示耐压BV的第2缓冲层的峰值深度依赖性的模拟结果。
[0015]图7是表示1200V等级二极管的第1缓冲层的每个激活退火温度的杂质浓度分布的图。
[0016]图8是表示1200V等级二极管的第1缓冲层的每个激活退火温度的杂质浓度分布的图。
[0017]图9是表示实施方式涉及的半导体装置的变形例1的剖视图。
[0018]图10是表示图9的二极管的恢复时的浪涌电压Vka的第1缓冲层的深度依赖性的测定结果的图。
[0019]图11是表示图9的二极管的恢复时的浪涌电压的第1缓冲层的浓度依赖性的图。
[0020]图12是表示实施方式涉及的半导体装置的变形例2的剖视图。
具体实施方式
[0021]图1是表示实施方式涉及的半导体装置的剖视图。该半导体装置是4500V耐压等级的二极管。图1是二极管单元部的剖视图。半导体基板1是硅基板，具有表面、位于表面的相反侧的背面以及表面与背面之间的n型的漂移层2。半导体基板1的厚度例如是430～530μm。在4500V耐压等级的情况下，漂移层2的杂质浓度例如是7.0E12～2.0E13cm
‑3。漂移层2的杂质是P(磷)、As(砷)或Sb(锑)。
[0022]p型的阳极层3设置于漂移层2与半导体基板1的表面之间。阳极层3的杂质是B(硼)或Al(铝)。阳极电极4设置于半导体基板1的表面，与阳极层3连接。
[0023]n型的阴极层5设置于漂移层2与半导体基板1的背面之间。阴极层5的杂质是P(磷)或As(砷)。阴极电极6设置于半导体基板1的背面，与阴极层5连接。
[0024]n型的第1缓冲层7设置于漂移层2与阴极层5之间。第1缓冲层7是注入质子、通过退火而施主化的层，比漂移层2浓度高。n型的第2缓冲层8设置于第1缓冲层7与阴极层5之间。第2缓冲层8是在将磷进行离子注入之后通过退火而施主化的层，比漂移层2浓度高。
[0025]图2是表示实施方式涉及的半导体装置的背面侧的杂质浓度分布的图。第1缓冲层7的峰值浓度小于或等于1E15cm
‑3。第1缓冲层7的峰值浓度的位置即峰值位置存在于从背面算起深度10～30μm的范围内。第2缓冲层8的峰值位置存在于从背面算起深度0.5～3.0μm的范围内。第2缓冲层8的峰值浓度比第1缓冲层7的峰值浓度高。第1缓冲层7的杂质浓度朝向背面而逐渐减小。
[0026]在本实施方式中，将从第1缓冲层7的峰值位置至漂移层2与第1缓冲层7的边界为止的长度设为Xa，将从峰值位置至第1缓冲层7与第2缓冲层8的边界为止的长度设为Xb，以Xb＞5Xa的方式设定杂质浓度分布。由于从第1缓冲层7的峰值位置朝向背面供给大量的氢，因此，能够抑制在第1缓冲层7的施主化不充分的情况下产生的缺陷区域的产生。另外，即使漂移层2为低浓度，也同样能够抑制缺陷区域的产生，因此，不进行多级注入或高浓度注入就能够使第1缓冲层7形成得深，因此能够提高注入的生产率。
[0027]另外，由于根据杂质分布的结果而设想为在缺陷区域存在受主，因此缺陷区域是受主区域。因此，将高浓度的第2缓冲层8设置于第1缓冲层与阴极层5之间。能够通过该第2缓冲层8对背面侧的几μm左右的缺陷区域进行施主化而抵消。因此，即使在降低了第1缓冲层7的杂质浓度的情况下，也难以产生缺陷区域。因此，能够降低第1缓冲层7的杂质浓度，能
够平缓地阻止耗尽层。其结果，能够抑制恢复时的浪涌电压，并且提高耐压。图3是表示恢复时的浪涌电压Vka的Xb/Xa依赖性的图。可知在Xb＞5Xa的情况下能够抑制浪涌电压。
[0028]另外，产生雪崩击穿的电场强度的值被称为临界电场强度。雪崩击穿依赖于半导体的构成元素、向半导体掺杂的杂质和杂质的浓度。如果将施主浓度设为N
D
，将临界电场强度设为E
C
，如果使用硅的碰撞电离系数而进行电离积分，则临界电场强度E
C
由数学式1表示。
[0029]【式1】
[0030]Ec＝4010
·
(N
D
)
1/8
[0031]从数学式1可知，只要决定了施主浓度N
D
，则临界电场强度E
C
确定下来。另外，泊松公式在只考虑了1维方向(设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，其特征在于，具有：半导体基板，其具有表面、位于所述表面的相反侧的背面以及所述表面与所述背面之间的第1导电型的漂移层；第2导电型的第1扩散层，其设置于所述漂移层与所述表面之间；第2扩散层，其设置于所述漂移层与所述背面之间；第1导电型的第1缓冲层，其设置于所述漂移层与所述第2扩散层之间，被注入质子，比所述漂移层浓度高；以及第1导电型的第2缓冲层，其位于所述第1缓冲层与所述第2扩散层之间，比所述漂移层浓度高，所述第2缓冲层的峰值浓度比所述第1缓冲层的峰值浓度高，所述第1缓冲层的杂质浓度朝向所述背面而逐渐减小，将从所述第1缓冲层的峰值位置至所述漂移层与所述第1缓冲层的边界为止的长度设为Xa，将从所述峰值位置至所述第1缓冲层与所述第2缓冲层的边界为止的长度设为Xb，Xb＞5Xa。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述第2扩散层具有p型层，所述第1缓冲层的所述峰值位置存在于从所述背面算起深度10～30μm的范围内。3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，所述第2扩散层具有p型层，所述第1缓冲层的所述峰值浓度小于或等于1E15cm
‑3。4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，在从所述表面朝向所述背面而对施主杂质浓度进行积分的情况下，所述漂移层及所述第1缓冲层小于或等于临界积分浓度，所述第2缓冲层至少在峰值浓度的位置处大于或等于临界积分浓度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第2缓冲层的杂质浓度大于或等于2E16cm
‑3。6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第2缓冲层的所述峰值浓度的从所述背面算起的深度小于或等于2μm。7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第1缓冲层及所述第2缓冲层的杂质浓度的极小值大于或等于所述漂移层的杂质浓度。8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第1缓冲层的从所述峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中香次，西康一，陈则，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：